DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyg.2025.1552329
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40697746
تاريخ النشر: 2025-07-08
المؤلف: Elie Grinfeder وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار الضوضاء وإدارتها
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة القدرة السمعية البشرية لتقييم عدد مصادر الصوت البيولوجية داخل المناظر الصوتية الطبيعية، مع التركيز بشكل خاص على الطيور. باستخدام خوارزمية هندسية، قام الباحثون بقياس قدرة المشاركين على تقدير عدد الطيور مع التحكم في متغيرات مثل وفرة الطيور، وغنى الأنواع، والضوضاء الخلفية. تشير النتائج إلى أنه على الرغم من أن أحكام المشاركين حول العدد كانت غالبًا غير دقيقة، إلا أنها تأثرت بعدد الطيور الموجودة، مما يظهر حساسية محدودة للتنوع البيولوجي. ومن الجدير بالذكر أن الأحكام ظلت مستقرة ضد الأصوات الخلفية ذات الكثافة المنخفضة وتحسنت مع زيادة التباينات الصوتية بين الأنواع، مما يشير إلى أن آليات التجميع السمعي تلعب دورًا في إدراك التنوع البيولوجي.
في الختام، تكشف هذه الدراسة التجريبية أن البشر يمكنهم تقدير التغيرات في تنوع الطيور داخل المناظر الصوتية الطبيعية، وهي قدرة قد تعكس جودة البيئة وتؤثر على الاستجابة اللاإرادية للجهاز العصبي البشري للأصوات الطبيعية. على الرغم من كونها أولية، تشير هذه النتائج إلى أن هذه القدرة السمعية مقيدة بالآليات العامة التي تم تحديدها سابقًا في سياقات الاتصال والمدن. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين المحاكاة البيئية لفهم العوامل المكانية بشكل أفضل، وتأثير الضوضاء الناتجة عن الأنشطة البشرية، والآثار الأوسع لإدراك التنوع البيولوجي على المعالجة الحسية والمعرفية والعاطفية للأصوات الطبيعية لدى البشر.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث مفهوم المناظر الصوتية في البيئات الطبيعية، والتي تتأثر بالأصوات الجيولوجية والبيولوجية والبشرية، المصنفة على أنها جيولوجيا، وبيولوجيا، وبشرية. تميز الدراسة بين المناظر الصوتية القريبة—الأصوات المسجلة في موقع محدد—والمناظر الصوتية الإدراكية، التي هي تفسيرات ذاتية تتشكل من خلال العمليات السمعية والمعرفية. تهدف الدراسة إلى استكشاف كيفية إدراك المستمعين البشر للتنوع البيولوجي من خلال الإشارات السمعية، مع التركيز على وفرة الأنواع وغناها. تشير الاستطلاعات السابقة إلى أن وجود أغاني الطيور في المساحات الخضراء يعزز من رفاهية البشر، مما يشير إلى أن التنوع البيولوجي هو جانب حاسم من التجارب السمعية في الطبيعة.
لتحقيق هذه الإدراكات السمعية، تستخدم الدراسة خوارزمية هندسية للمناظر الصوتية تُدعى “Evascape”، مصممة لإنشاء مناظر صوتية قريبة واقعية تعكس غابة صنوبرية معتدلة في فرنسا. يقوم Evascape بمحاكاة عوامل صوتية مختلفة، بما في ذلك التباينات في أصوات الطيور وخصائص انتشار الصوت، لتقييم تأثيرها على قدرة المستمعين البشر على إدراك التنوع البيولوجي. تفترض الدراسة أن الاختلافات الصوتية الأكبر بين الأنواع ستعزز من الفصل السمعي لأغاني الطيور، مما يؤدي إلى زيادة العدد المدرك للطيور. بالإضافة إلى ذلك، تفحص آثار إخفاء الصوت الناتج عن المصادر البيولوجية وغير البيولوجية والبشرية المتداخلة على المعالجة السمعية. تستخدم الدراسة مهمة تقدير العدد لتقييم مدى فعالية المستمعين البشر في تقييم التنوع البيولوجي في البيئات الصوتية المعقدة، مع مراعاة تأثير خلفيات المشاركين على إدراكهم السمعي.
الطرق
في هذه الدراسة، تم اختيار غابة ريسو في فرنسا كموطن للتحقيق في الأنماط الصوتية والمناظر الصوتية. بدأت مبادرة تسجيل لمدة 15 عامًا في يوليو 2018، باستخدام أربعة مسجلات مستقلة لالتقاط الصوت كل 15 دقيقة. كشفت التحليلات الأولية التي استخدمت التعلم الآلي عن أنماط صوتية زمنية كبيرة، بما في ذلك انتشار ضوضاء الطائرات (Grinfeder et al., 2022b). تم استخدام برنامج Evascape لإنشاء جوقات طيور صالحة بيئيًا من خلال دمج أغاني الطيور والأصوات المحيطة، مما أسفر عن قاعدة بيانات تضم 4400 منظر صوتي. تم تعديل هذه المناظر الصوتية لتقييم آثار التنوع البيولوجي الصوتي وأنواع الخلفية في التجارب النفسية الصوتية.
ركزت الدراسة على ثمانية أنواع شائعة من الطيور من غابة ريسو، مع الحصول على تسجيلات صوتية من مكتبة الصوت عبر الإنترنت MNHN. كانت المناظر الصوتية متنوعة من حيث وفرة الأنواع وغناها، بينما تضمنت الأصوات الخلفية كل من الأصوات المحيطة وضوضاء الطائرات، المميزة بنطاقات تردد محددة. تم نمذجة سلوك غناء الطيور باستخدام خوارزمية تجنب التداخل الزمني (TOA)، مما يضمن أن الطيور المحاكية تغني بشكل مستقل، متجنبة التداخل الزمني. تم تصميم كل مثير ليكون مدته 5 ثوانٍ، مما يوازن بين الحاجة إلى الاحتفاظ بالأثر السمعي وتعقيدات أغاني الطيور، مما يسهل استكشاف التفاعلات الصوتية داخل النظام البيئي للغابة.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول إدراك التنوع البيولوجي عن رؤى مهمة حول كيفية حكم المشاركين على عدد الطيور في سياقات سمعية مختلفة. في غياب الأصوات الخلفية، أظهر المشاركون ميلًا لتقدير عدد الطيور بشكل مبالغ فيه عندما تم تقديم واحدة فقط، بينما قدروا بدقة عدد طائرين. ومع ذلك، كانوا يقللون بشكل منهجي من عدد الطيور عندما تجاوز العدد الفعلي اثنين. على وجه التحديد، في حالة الوفرة، استقرت الأحكام عند متوسط 2.5 طيور لجوقات من ثلاثة، بينما في حالة الغنى، كان متوسط الحكم ثلاثة لجوقات من أربعة.
عندما تم إدخال الصوت المحيط، حافظ المشاركون على أنماط تقدير مماثلة، مع أحكام دقيقة لعدد طائرين وتقديرات منخفضة لجوقات أكبر. ومن الجدير بالذكر أنه في كلا الحالتين، كانت الأحكام المتوسطة لخمسة طيور 2 في حالة الوفرة و3 في حالة الغنى. علاوة على ذلك، في وجود ضوضاء الطائرات، أظهرت أحكام المشاركين في حالة الغنى زيادة ثابتة مع حجم الجوقة، ومع ذلك استمروا في التقليل من التقديرات فوق اثنين، بمتوسط ثلاث طيور لجوقات من خمسة. تسلط هذه النتائج الضوء على تأثير السياق السمعي على إدراك التنوع البيولوجي والتقليل المستمر لجوقات الطيور الأكبر عبر بيئات صوتية مختلفة.
المناقشة
تستكشف الدراسة قدرة المستمعين البشر على إدراك حجم جوقات الطيور داخل المناظر الصوتية الطبيعية، كاشفة عن تحديات كبيرة في تقدير التنوع البيولوجي بدقة. كان المشاركون يميلون إلى المبالغة في تقدير حجم الجوقة للطيور الفردية، وتقييمه بدقة لعدد طائرين، لكنهم كانوا يقللون بشكل منهجي من تقديره لجوقات من ثلاثة أفراد أو أكثر. يشير هذا إلى تحيزات قرار متأصلة في نموذج النفسية الفيزيائية ذات الفاصل الزمني الواحد المستخدم. على الرغم من هذه التحيزات، تشير النتائج إلى درجة من الحساسية السمعية للتنوع البيولوجي، والتي يمكن أن تعمل كمؤشر بيئي لصحة الموائل. كما تسلط الدراسة الضوء على أن الحجم المدرك لجوقات الطيور عادة ما يكون محدودًا بثلاثة أصوات، مما يتماشى مع الأبحاث السابقة حول تحليل المشهد السمعي.
علاوة على ذلك، تستكشف الأبحاث تأثير مبادئ تحليل المشهد السمعي على إدراك المناظر الصوتية الطبيعية، مما يظهر أن التشابهات الطيفية الزمنية بين أصوات الطيور تعزز بشكل معتدل من أحكام العدد. من المثير للاهتمام أن وجود الضوضاء الخلفية المحيطة كان له تأثير ضئيل على تقديرات التنوع البيولوجي، مما يشير إلى أن مثل هذه الضوضاء يمكن أن تعمل كخط أساس صالح في التجارب المستقبلية. على العكس، لم تؤثر ضوضاء الطائرات بشكل كبير على حجم الجوقة المدرك، مما يشير إلى أن الآليات السمعية البشرية لتقييم التنوع البيولوجي قوية ضد بعض تأثيرات الإخفاء. تختتم الدراسة بالقول إنه بينما يمكن للبشر اكتشاف التغيرات في تنوع الطيور، فإن هذه القدرة مقيدة بالآليات السمعية العامة، مما يتطلب مزيدًا من الاستكشاف للعوامل البيئية وتأثيرات الضوضاء الناتجة عن الأنشطة البشرية على إدراك التنوع البيولوجي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyg.2025.1552329
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40697746
Publication Date: 2025-07-08
Author(s): Elie Grinfeder et al.
Primary Topic: Noise Effects and Management
Overview
This study investigates human auditory capacity to assess the number of biological sound sources within natural soundscapes, specifically focusing on birds. Utilizing an engineering algorithm, researchers measured participants’ ability to judge bird numbers while controlling for variables such as bird abundance, species richness, and background noise. The findings indicate that while participants’ numerosity judgments were often inaccurate, they were influenced by the number of birds present, demonstrating a limited sensitivity to biodiversity. Notably, judgments remained stable against low-intensity background sounds and improved with increased acoustic disparities between species, suggesting that auditory grouping mechanisms play a role in biodiversity perception.
In conclusion, this pilot study reveals that humans can estimate changes in bird biodiversity within natural soundscapes, an ability that may reflect environmental quality and influence the autonomic response of the human nervous system to natural sounds. Although preliminary, these results imply that this auditory capacity is constrained by general mechanisms previously identified in communication and urban contexts. Future research should focus on refining ecological simulations to better understand spatial factors, the impact of anthropogenic noise, and the broader implications of biodiversity perception on human sensory, cognitive, and emotional processing of natural sounds.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the concept of soundscapes in natural environments, which are influenced by geophysical, biological, and anthropogenic sounds, categorized as geophony, biophony, and anthropophony. The study distinguishes between proximal soundscapes—recorded sounds at a specific location—and perceptual soundscapes, which are subjective interpretations shaped by auditory and cognitive processes. The research aims to explore how human listeners perceive biodiversity through auditory cues, focusing on species abundance and richness. Previous surveys indicate that the presence of bird songs in green spaces enhances human well-being, suggesting that biodiversity is a critical aspect of auditory experiences in nature.
To investigate these auditory perceptions, the study employs a soundscape engineering algorithm called “Evascape,” designed to create realistic proximal soundscapes reflective of a temperate coniferous forest in France. Evascape simulates various acoustic factors, including disparities in bird vocalizations and sound propagation characteristics, to assess their impact on human listeners’ ability to perceive biodiversity. The study hypothesizes that greater acoustic differences between species will enhance the auditory segregation of bird songs, leading to a higher perceived number of birds. Additionally, it examines the effects of sound masking from overlapping biotic, abiotic, and anthropogenic sources on auditory processing. The research employs a numerosity judgment task to evaluate how effectively human listeners can assess biodiversity in complex acoustic environments, while also considering the influence of participants’ backgrounds on their auditory perception.
Methods
In this study, the Risoux forest in France was selected as the habitat for investigating acoustic patterns and soundscapes. A 15-year recording initiative commenced in July 2018, utilizing four autonomous recorders to capture sound every 15 minutes. Preliminary analyses employing machine learning revealed significant temporal acoustic patterns, including the prevalence of aircraft noise (Grinfeder et al., 2022b). The Evascape software was employed to create ecologically-valid bird choruses by combining bird songs and ambient sounds, resulting in a database of 4,400 soundscapes. These soundscapes were manipulated to assess the effects of acoustic biodiversity and background types in psychoacoustical experiments.
The study focused on eight prevalent bird species from the Risoux forest, with audio recordings sourced from the MNHN online sound library. The soundscapes varied in terms of species abundance and richness, while the background sounds included both ambient and aircraft noises, characterized by specific frequency ranges. The singing behavior of birds was modeled using a Temporal Overlap Avoidance (TOA) algorithm, ensuring that simulated birds sang independently, avoiding temporal overlap. Each stimulus was designed to last 5 seconds, balancing the need for auditory trace retention and the complexities of bird song, thereby facilitating the exploration of acoustic interactions within the forest ecosystem.
Results
The results of the study on biodiversity perception reveal significant insights into how participants judge the number of birds in various auditory contexts. In the absence of background sounds, participants demonstrated a tendency to overestimate the number of birds when only one was presented, while accurately estimating two birds. However, they systematically underestimated the number of birds when the actual count exceeded two. Specifically, in the abundance condition, judgments plateaued at an average of 2.5 birds for choruses of three, while in the richness condition, the average judgment was three for choruses of four.
When ambient sound was introduced, participants maintained similar estimation patterns, with accurate judgments for two birds and underestimations for larger choruses. Notably, in both conditions, the average judgments for five birds were 2 in the abundance condition and 3 in the richness condition. Furthermore, in the presence of aircraft noise, participants’ judgments in the richness condition showed a steady increase with chorus size, yet they continued to underestimate counts above two, averaging three birds for choruses of five. These findings highlight the influence of auditory context on biodiversity perception and the consistent underestimation of larger bird choruses across different sound environments.
Discussion
The study investigates human listeners’ ability to perceive the size of bird choruses within natural soundscapes, revealing significant challenges in accurately estimating biodiversity. Participants tended to overestimate chorus size for single birds, accurately assess it for two birds, but systematically underestimated it for choruses of three or more individuals. This suggests inherent decision biases in the single-interval psychophysical paradigm used. Despite these biases, the findings indicate a degree of auditory sensitivity to biodiversity, which could serve as an ecological indicator of habitat health. The study also highlights that the perceived size of bird choruses is typically limited to three vocalizations, aligning with previous research on auditory scene analysis.
Furthermore, the research explores the influence of auditory scene analysis principles on natural soundscape perception, demonstrating that spectro-temporal similarities among bird vocalizations modestly enhance numerosity judgments. Interestingly, the presence of ambient background noise had minimal impact on biodiversity estimates, indicating that such noise can serve as a valid baseline in future experiments. Conversely, aircraft noise did not significantly alter perceived chorus size, suggesting that human auditory mechanisms for assessing biodiversity are robust against certain masking effects. The study concludes that while humans can detect changes in bird biodiversity, this capacity is constrained by general auditory mechanisms, warranting further exploration of ecological factors and the effects of anthropogenic noise on biodiversity perception.